徐翰林，胡國(guó)炯，鄭紹城，曾曉文，曾憲華，邵文啟

1.同濟(jì)大學(xué)附屬養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院（上海市陽(yáng)光康復(fù)中心），上海市 201613；2.浙江康復(fù)醫(yī)療中心，浙江杭州市 310052

0 引言

腦卒中是一個(gè)全球性健康問(wèn)題[1]。獨(dú)立步行是腦卒中患者主要康復(fù)目標(biāo)之一[2]。步行時(shí)，腦卒中患者會(huì)表現(xiàn)出異常步態(tài)，這與中樞神經(jīng)受損后的代償策略有關(guān)[3]。膝過(guò)伸是腦卒中后常見(jiàn)的異常步態(tài)，嚴(yán)重影響患者步行速度和效率[4]。

膝過(guò)伸是指在步行的單支撐相，股脛關(guān)節(jié)在矢狀面上出現(xiàn)過(guò)度伸展，膝關(guān)節(jié)伸展角度超過(guò)中立位[4]。膝過(guò)伸可以在單支撐相，通過(guò)鎖定膝關(guān)節(jié)保持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定，達(dá)到獨(dú)立步行[5]。但膝關(guān)節(jié)鎖定后，會(huì)增加軀干前傾，身體重心快速前移，影響患者步行穩(wěn)定性[6]。支撐相膝過(guò)伸還會(huì)導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)在擺動(dòng)相時(shí)難以屈曲，足廓清困難，從而增加能量消耗，影響患者步行耐力[7]。長(zhǎng)期膝過(guò)伸甚至?xí)鹣リP(guān)節(jié)后囊和前交叉韌帶松弛，誘發(fā)膝關(guān)節(jié)慢性疼痛，降低日常生活能力[8-9]。

約40%～68%的腦卒中患者存在膝過(guò)伸[10]。膝過(guò)伸的原因尚無(wú)定論，伸膝肌激活度較低、伸膝肌離心控制較差、股四頭肌和踝跖屈肌痙攣、腘繩肌無(wú)力和本體感覺(jué)障礙都可能是導(dǎo)致膝過(guò)伸的原因[9,11-13]。Santos等[14]發(fā)現(xiàn)，弱化伸膝肌、增強(qiáng)屈膝肌，可以改善膝關(guān)節(jié)過(guò)伸步態(tài)。限制踝內(nèi)翻也可以降低膝過(guò)伸角度，改善膝過(guò)伸步態(tài)[5]。Sijobert 等[15]發(fā)現(xiàn)，基于傳感器的多通道功能電刺激作用于膝關(guān)節(jié)周?chē)∪海梢杂行Э刂颇X卒中患者膝關(guān)節(jié)角度。Geerars 等[4]發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)本體感覺(jué)強(qiáng)化也可以改善膝關(guān)節(jié)過(guò)度伸展。

光學(xué)三維步態(tài)分析系統(tǒng)可以量化步態(tài)的時(shí)空和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)[16]，表面肌電可以反映運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肌肉激活狀況[17]。膝過(guò)伸步態(tài)涉及步行時(shí)空和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)改變[18]。從生物力學(xué)角度看，相鄰關(guān)節(jié)間存在相互影響，骨盆、髖和踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)均會(huì)影響膝關(guān)節(jié)的時(shí)空和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)[19]。本研究通過(guò)三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)結(jié)合無(wú)線(xiàn)表面肌電采集系統(tǒng)，對(duì)腦卒中患者和健康人膝過(guò)伸步態(tài)在步行時(shí)骨盆、髖、膝、踝關(guān)節(jié)矢狀面運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，以及下肢肌肉肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究，探究腦卒中患者膝過(guò)伸時(shí)過(guò)伸角度與下肢肌肉激活度的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2020 年8 月至2021 年7 月，在同濟(jì)大學(xué)附屬養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院(上海市陽(yáng)光康復(fù)中心)神經(jīng)康復(fù)科住院的伴膝過(guò)伸的腦卒中患者24例作為試驗(yàn)組，均符合“中國(guó)各類(lèi)主要腦血管病診斷要點(diǎn)2019”腦卒中診斷標(biāo)準(zhǔn)[20]，經(jīng)頭顱CT 或MRI 檢查確診；同時(shí)符合Geerars等[4]提出的膝過(guò)伸診斷標(biāo)準(zhǔn)，單支撐相膝關(guān)節(jié)角度＜ 0°。

試驗(yàn)組納入標(biāo)準(zhǔn)：①首次發(fā)病，并發(fā)偏癱；②年齡18～70歲；③病程＜ 2年；④病情穩(wěn)定，能獨(dú)立或借助拐杖步行50 m 以上；⑤知情同意并簽署知情同意書(shū)。

試驗(yàn)組排除標(biāo)準(zhǔn)：①?lài)?yán)重基礎(chǔ)疾病，不能耐受；②下肢骨骼肌肉系統(tǒng)疾病，如開(kāi)放性骨折或創(chuàng)傷傷口未愈合、骨關(guān)節(jié)疼痛等；③交流困難、認(rèn)知障礙，不能配合。

2020 年8 月至2021 年9 月，選取在同濟(jì)大學(xué)附屬養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院(上海市陽(yáng)光康復(fù)中心)工作，與試驗(yàn)組性別、年齡、身高、體質(zhì)量匹配的員工、護(hù)工和患者家屬24例作為對(duì)照組，均符合膝過(guò)伸診斷[4]。

對(duì)照組納入標(biāo)準(zhǔn)：①聽(tīng)力正常，無(wú)明顯認(rèn)知障礙；②可獨(dú)立步行50 m以上；③知情同意并簽署知情同意書(shū)。

對(duì)照組排除標(biāo)準(zhǔn)：①存在明顯精神疾?。虎诓l(fā)其他影響步行功能的疾病，如心肺功能不全、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、肌肉骨骼疾病等。

兩組間性別、年齡、身高、體質(zhì)量、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)均無(wú)顯著性差異(P＞ 0.05)。見(jiàn)表1。

表1 兩組基線(xiàn)資料比較

本研究經(jīng)同濟(jì)大學(xué)附屬養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院(上海市陽(yáng)光康復(fù)中心)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(No.YZ2020-058)，所有受試者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 方法

采用Vicon 三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)(英國(guó)VICON MOTION SYSTEMS 公司)，包含8 個(gè)MX T40-S 紅外攝像頭，圖像采樣頻率100 Hz，plug-in-gait 改良模型[21]。21個(gè)反光球粘貼于髂前上棘、髂后上棘和第二骶骨棘突、股骨內(nèi)側(cè)髁、股骨外側(cè)髁和大腿外側(cè)中線(xiàn)下1/3、踝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)和外側(cè)踝、腓骨小頭和外側(cè)踝連線(xiàn)中點(diǎn)下1/3、第二跖骨頭，以及與第二跖骨頭水平平行的足跟部[22]。

采用16 通道UItium 無(wú)線(xiàn)表面肌電采集系統(tǒng)(美國(guó)NORAXON 公司)，采樣頻率2000 Hz。與Vicon 三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)間用外同步線(xiàn)連接，實(shí)現(xiàn)雙系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步采集。根據(jù)SENIAM 表面肌電采集指南，選擇雙側(cè)臀大肌(骶椎和大轉(zhuǎn)子連線(xiàn)中點(diǎn)，大轉(zhuǎn)子上方臀部最凸出的肌肉上，電極方向從髂后上棘到大腿后面方向)、股二頭肌(坐骨結(jié)節(jié)與脛骨外側(cè)髁連線(xiàn)中點(diǎn)，電極方向與坐骨結(jié)節(jié)-脛骨外側(cè)髁連線(xiàn)平行)、股內(nèi)側(cè)肌(髂前上棘和髕內(nèi)側(cè)韌帶關(guān)節(jié)縫連線(xiàn)遠(yuǎn)端，電極方向與髂前上棘-髕內(nèi)側(cè)韌帶關(guān)節(jié)縫連線(xiàn)垂直)、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭(最突出鼓起的肌腹處，電極方向與脛骨平行)進(jìn)行肌電采集。

反光球和表面肌電的定位和固定由同一名治療師完成。

受試者著運(yùn)動(dòng)短褲，充分暴露腰部(髂后上嵴以上)、大腿中段及以下部位。反光球和表面肌電固定后，受試者按照試驗(yàn)流程先熟悉采集運(yùn)動(dòng)要求及過(guò)程。受試者站在試驗(yàn)室中心位置，雙腳與肩同寬，雙上肢自然放在身體兩側(cè)，維持3 s，采集靜態(tài)數(shù)據(jù)，用于確定膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)軸心。適配采集模型完成靜態(tài)數(shù)據(jù)采集后，取掉雙側(cè)內(nèi)踝、雙側(cè)股骨內(nèi)側(cè)髁的反光球，受試者以舒適速度來(lái)回沿著10 m走道行走，至少30 s。以能完全采集至少3 個(gè)連續(xù)步態(tài)周期為有效數(shù)據(jù)，至少采集3次有效數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

隨機(jī)選取有效數(shù)據(jù)中的3 個(gè)步態(tài)周期，采用Vicon Nexus 軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，提取患側(cè)單支撐相骨盆、髖、膝和踝關(guān)節(jié)矢狀面運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)。肌電數(shù)據(jù)使用Noraxon 軟件進(jìn)行整流、濾波(20～450 Hz)、均方根平滑(窗口50 ms)、最大值幅度歸一化[23]。提取患側(cè)3個(gè)步態(tài)周期的支撐相數(shù)據(jù)進(jìn)行平均化。

對(duì)照組提取配對(duì)患者的對(duì)應(yīng)側(cè)下肢支撐相數(shù)據(jù)做相同處理。

記錄單支撐相膝過(guò)伸角度最大時(shí)，骨盆、髖、膝、踝在矢狀面上的角度，以及此時(shí)目標(biāo)肌肉的激活度。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 26.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料符合正態(tài)分布，以()表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料以頻數(shù)表示，采用χ2檢驗(yàn)。步態(tài)參數(shù)與肌電數(shù)據(jù)間相關(guān)性分析采用雙變量(Bovariate)分析。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和肌肉激活度

兩組膝過(guò)伸角度最大時(shí)，骨盆、髖、踝傾角均有非常顯著性差異(P＜ 0.01)。見(jiàn)表2。兩組膝過(guò)伸角度最大時(shí)，試驗(yàn)組臀大肌、股內(nèi)側(cè)肌和股二頭肌激活度高于對(duì)照組，腓腸肌內(nèi)側(cè)頭激活度明顯低于對(duì)照組(P＜ 0.01)。見(jiàn)表3。

表2 兩組單支撐相膝過(guò)伸角度最大時(shí)各關(guān)節(jié)傾角 單位：°

表3 兩組單支撐相膝過(guò)伸角度最大時(shí)下肢目標(biāo)肌肉激活度比較 單位：%

2.2 相關(guān)性分析

膝過(guò)伸角度最大時(shí)，試驗(yàn)組膝過(guò)伸角度與該時(shí)刻臀大肌激活度呈明顯負(fù)相關(guān)(P＜ 0.01)；兩組膝過(guò)伸角度與踝關(guān)節(jié)跖屈角度呈顯著正相關(guān)(P＜ 0.001)。見(jiàn)表4。

表4 兩組單腿支撐相膝最大過(guò)伸角度與目標(biāo)肌肉激活度及關(guān)節(jié)角度的相關(guān)性

3 討論

本研究顯示，腦卒中膝過(guò)伸患者在膝關(guān)節(jié)過(guò)伸角度最大時(shí)，踝跖屈角度、髖屈曲角度、骨盆前傾角度，以及臀大肌、股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌激活度高于存在膝過(guò)伸的健康人，腓腸肌內(nèi)側(cè)頭激活度較低。腦卒中膝過(guò)伸患者單腿支撐相膝過(guò)伸最大角度越小，臀大肌激活程度越高。同時(shí)，無(wú)論患者還是健康人，膝過(guò)伸最大角度越大，踝跖屈角度越大。

相比于膝過(guò)伸健康人，腦卒中膝過(guò)伸患者臀大肌激活度影響膝過(guò)伸角度。臀大肌是伸展髖關(guān)節(jié)的主要肌群。在支撐相，臀大肌收縮，穩(wěn)定骨盆，抑制軀干前傾，維持髖關(guān)節(jié)于伸展位，維持步行穩(wěn)定[24]。腦卒中后臀大肌肌力不足，常被認(rèn)為是步行時(shí)伸髖受限的重要原因[25]。由于伸髖不充分，支撐相初期身體重心過(guò)度前移，地面反作用力位于膝關(guān)節(jié)前方，股骨相對(duì)于脛骨向前滑動(dòng)，從而導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)過(guò)伸[26]。腦卒中患者為維持步行時(shí)伸髖穩(wěn)定，激活更多臀大肌可理解為一種適應(yīng)性策略[27]。徐光青等[28]也發(fā)現(xiàn)，伸髖受限是影響腦卒中患者步行中軀干穩(wěn)定性的主要因素。

膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)與踝關(guān)節(jié)活動(dòng)密切相關(guān)[29]，足跖屈是導(dǎo)致膝過(guò)伸的原因之一[11]。當(dāng)壓力中心前移到足前掌時(shí)，下肢力線(xiàn)前移越過(guò)膝關(guān)節(jié)，使膝關(guān)節(jié)過(guò)伸，以穩(wěn)定下肢[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，膝過(guò)伸患者和健康人踝跖屈角度均與膝過(guò)伸角度正相關(guān)，而腦卒中患者足跖屈角度更大。小腿三頭肌攣縮是腦卒中患者足跖屈的主要原因之一[31]。姜亞斌等[32]認(rèn)為，下肢肌肉攣縮后，表面肌電呈低信號(hào)，肌肉激活度較低。本研究發(fā)現(xiàn)，腦卒中膝過(guò)伸患者腓腸肌內(nèi)側(cè)頭肌肉激活度低，可能由于小腿三頭肌攣縮導(dǎo)致患者足跖屈增加，從而膝過(guò)伸更大。

膝過(guò)伸人群中，踝跖屈角度與膝過(guò)伸角度相關(guān)，小腿三頭肌攣縮可能是導(dǎo)致腦卒中膝過(guò)伸患者踝跖屈角度過(guò)大的重要原因。提示臨床可采取相應(yīng)康復(fù)措施。

本研究未限定受試者的步行速度，步速可能影響受試者對(duì)膝關(guān)節(jié)的控制能力。有待進(jìn)一步研究完善。

4 結(jié)論

腦卒中膝過(guò)伸患者步行時(shí)，膝過(guò)伸與臀大肌激活程度相關(guān)。臨床可考慮增加臀大肌肌力改善膝過(guò)伸。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。